JP7177557B1 - 液体混合方法およびエマルジョンの調製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献3の実施例5の結果を見ると、気体を入れない乳化の方が良い結果を示すことが分かる。すなわち、この技術では、大きな気泡がポンプ内に入り、ポンプ効率を低下させてしまう課題があり、気体を用いた乳化に効果が出せていない。
特許文献4の装置で製造されるエマルジョン燃料は分散時間が数十秒程度であり、長時間安定なエマルジョンを提供することは想定していない。
特許文献5の技術は、乳化剤(界面活性剤)を使用しないものの、エマルジョンの分散安定性を向上するために、塩、水素結合性分子、アルコール類のいずれか一種類を添加する必要がある。
少なくとも2つの成分を混合して乳化させる液体混合装置(1)であって、
前記液体混合装置(1)は、
平行に配置された吸入筒(26)及び吐出筒(27)を有するポンプユニット(13)と、
上端開口(22)と下端開口(23)を有する円筒壁(21)を備えた容器(12)と、
前記ポンプユニット(13)と前記容器(12)を連結する流路ブロック(14)とを有し、
前記ポンプユニット(13)は、ポンプ室を囲むケーシング(25)と、前記ポンプ室に接続された吸入筒(26)と吐出筒(27)を備え、前記吸入筒(26)と前記吐出筒(27)は平行に配置されて前記ケーシング(25)に一体的に固定されており、
前記流路ブロック(14)は、
前記容器(12)の下端開口(23)に外嵌又は内嵌できる大きさと形状を備えた容器連結構造(34)と、
前記ポンプユニット(13)の前記吸入筒(26)及び前記吐出筒(27)が内嵌できる大きさと形状を備えたポンプ連結構造(35)を有し、
前記容器連結構造(34)は、前記流路ブロック(14)の第1の外面部分(31)であって、前記容器連結構造(34)を前記容器(12)の下端開口(23)に連結した状態で前記容器(12)の内部に対向する領域(31)に形成され、前記容器連結構造(34)を前記容器(12)の下端開口(23)に連結した状態で前記容器(12)の中心軸(20)に平行な方向に向かって延在する第1の孔(36)と第2の孔(37)を含み、
前記ポンプ連結構造(35)はまた、前記流路ブロック(14)の第2の外面部分(32)であって、前記容器連結構造(35)を前記容器(12)の下端開口(23)に連結した状態で前記容器(12)の外部に位置する領域(32)に形成され、前記ポンプユニット(13)の前記吸入筒(26)と前記吐出筒(27)がそれぞれ内嵌可能な第3の孔(41)と第4の孔(42)を含み、前記ポンプユニットの前記吸入筒(26)と前記吐出筒(27)がそれぞれ前記第3の孔(41)と前記第4の孔(42)に嵌め込まれることにより前記ポンプユニット(13)と前記流路ブロック(14)が連結され、
前記流路ブロック(14)の内部で、前記第1の孔(36)と前記第3の孔(41)が連通し、前記第2の孔(37)と前記第4の孔(42)が連通しており、
前記液体混合装置(1)はさらにノズルブロック(16)を有し、
前記ノズルブロック(16)は、前記ノズルブロック(16)が前記第2の孔(37)に内嵌された状態で前記第2の孔(37)の中心軸(44)に平行な方向に向けて延在する円筒状の渦流形成流路(45)と、前記第2の孔(37)と前記渦流形成流路(45)とを連絡する連絡流路(54)を備えている。
鉛直方向の軸(44)の周りに同心的に配置された内側円筒壁(53a)と外側円筒壁(37a)の間に形成され、第1の旋回流(101)を流通する第1の旋回流路(54)と、
前記内側円筒壁(53a)の内側に前記軸(44)を中心に形成された円筒壁(45a)に囲まれ、第2の旋回流(102)を流通する第2の旋回流路(45)と、
前記軸(44)から放射方向に延びる線と斜めに交差する方向に延在し、前記第1の旋回流路(54)の前記内側円筒壁(53a)および前記第2の旋回流路(45)の前記円筒壁(45a)を貫通して、前記第1の旋回流路(54)と前記第2の旋回流路(45)とを連通する少なくとも1つの連絡流路(55)と、
前記第1の旋回流路(54)の外側円筒壁(37a)に形成された連通路(43)と、
を備えた装置を準備し、
前記第1の旋回流路(54)から前記少なくとも1つの連絡流路(55)を介して前記第2の旋回流路(45)に前記少なくとも2つの液体を含む混合液を流し、
前記第1の旋回流(101)の前記少なくとも2つの液体を含む混合液と前記外側円筒壁(37a)との接触により前記少なくとも2つの液体を含む混合液を一次せん断し、
次に、前記第2の旋回流(102)の前記少なくとも2つの液体を含む混合液と前記第2の円筒壁(45a)との接触により前記少なくとも2つの液体を含む混合液を二次せん断する、ことを特徴とする。
「流体」は、静止状態においてせん断応力が発生しない連続体の総称である。概略、固体でない連続体のことであり、物質の形態としては液体と気体およびプラズマが流体に該当する。
「エマルジョン」または「エマルション」は、分散質および分散媒が共に液体である分散系溶液のことである。乳濁液あるいは乳剤ともいう。分離している2つの液体をエマルジョンにすることを乳化といい、乳化する作用をもつ物質を乳化剤という。本発明においてはエマルジョンと呼称する。
図1を参照すると、実施形態の液体混合装置1又は乳化装置は、概略、混合又は乳化する液体(混合液)11を収容する容器12と、容器12に収容されている液体11を容器12の底部から吸入するとともに吸入した液体を再び容器12にその底部から供給するポンプユニット13と、容器12とポンプユニット13を連結する流路ブロック14を有する。
(a)容器12
図示する実施形態の液体混合装置1において、容器12は、使用状態で上下方向に向けられる中心軸(容器中心軸)20を中心とする円周に沿って該中心軸20と平行に延在する円筒壁21を有する。図示するように、円筒壁21の上端と下端は開放されており、そこには上端開口22と下端開口23が形成されている。容器12は、内部に収容されている液体11の混合状態又は乳化状態等を目視で確認できるように、透明のプラスチック又はガラスで作ることが好ましい。
実施形態において、ポンプユニット13は、例えば、マイクロギヤポンプが好適に利用できる。詳細な説明は省略するが、図3(a)に示すように、マイクロギヤポンプは、概略、モータ24と、一対のギヤを収容したポンプ室(図示せず)を囲むケーシング25を備えている。ケーシング25には、ポンプ室に液体を吸い込む吸入筒(吸入口)26と、ポンプ室から液体を吐出する吐出筒(吐出口)27が、ケーシング25から吐出した状態で一体的に設けられている。図示するように、吸入筒26と吐出筒27は同じ方向に向けて平行に配置されている。吸入筒26の中心軸と吐出筒27の中心軸との距離はd1である。
図2と図3(b)、(c)に示すように、流路ブロック14は、概略、中心軸30(図2参照)を有する円柱状の塊で、中心軸30を中心とする円形の上端面(第1の外面部分)31及び下端面(第2の外面部分)32と、上端面31と下端面32の外周縁を連結する外周円筒面(第2の外面部分)33によって輪郭が形成されている。
流路ブロック14の第2の孔37にはノズルブロック16が着脱可能に内嵌される(すなわち、ノズルブロック16が第2の孔37の内側に嵌め込まれる。)。図4に示すように、ノズルブロック16は、略円筒状の部材で、第2の孔37に内嵌された状態で、流路ブロック14の中心軸30に一致する中心軸44と、中心軸44に沿ってノズルブロック16の上端面から下端面に延在する貫通孔からなる渦流形成流路(第2の旋回流路)45を有する。
以上の構成を備えた液体混合装置1を組み立てる場合、流路ブロック14の第2の孔37にノズルブロック16を内嵌して、流路ブロック14にノズルブロック16を組み付ける。この状態で、流路ブロック14の底面51が第2の孔37の底面に当たり、両者の間がシールされる。また、図5に示すように、ノズルブロック16の下部外周面に形成された第1の旋回流路54が連通路43を介して第4の孔42に連通する。
以上のようにして組み立てた液体混合装置1を用いて複数の液体を混合又は乳化する場合、容器12に混合液を入れた後、ハウジング15に設けたスイッチをオンする。これにより、ポンプユニット13が起動する。混合液は二つ又はそれ以上の異なる材料(液体)を含む。異なる材料は、すべてが油性材料又は非油性材料であってもよいし、油性材料と非油性材料を混ぜたものであってもよい。
このように、本発明の実施形態に係る液体混合装置1は、概ね3つの部品(容器12、ポンプユニット13及び流路ブロック14)によって構成されており、容器12とポンプユニット13の間を流体接続する流路が一つの流路ブロック14の中に形成されているため、簡単に組立できるし、簡単に分解して個々の部品を洗浄できる。特に、上述の実施形態に係る液体混合装置1によれば、ポンプユニット13に一体的に設けた吸入筒26と吐出筒27を、対応する流路ブロック14の第3の孔41と第4の孔42にそれぞれ差し込む又は取り外すだけで、ポンプユニット13に対して流路ブロック14を簡単に着脱できる。したがって、複数の飲料や調味料の中から選択されたものを適宜混合し乳化し、その味等を容易に確認することができる。したがって、新製品の開発が簡単に行えるようになるとともに、家庭や小規模店舗においても界面化製剤などを使わず各種オイルを混ぜ、容易に好みに応じた味を作り出すことができる。
このとき、ポンプユニット13から吐出される混合液は、供給流42b’として第4の孔42’を横方向に移動し、第4の孔42’と第2の孔37とを連通する連通路43’を介して、第2の孔37の底部に形成された環状の周方向流路54に入る。この場合も、第4の孔42’の上端(内周面の上部)は周方向流路54の上端付近にあるため、周方向流路54の全高さ範囲に亘って一様に、第4の孔42’から混合液が供給される。したがって、第4の孔42’から周方向流路54に入る混合液は、周方向流路54に形成されている旋回流に、全高さ方向に関して一様に取り込まれる。
(1)エマルジョンの調製
精製水に、シリコーン油(配合1:信越シリコーンKF-56A、メチルフェニルポリシロキサン)、イソステアリン酸(配合2:高級アルコール工業株式会社イソステアリン酸EX)またはオレイン酸(配合3:林純薬工業株式会社)を1.0重量%になるように添加して、本発明に係る液体混合装置A(株式会社OKUTEC製CLOSER Herbal;外観:図7左、構成:図1~6を参照)および、従来の液体混合装置B(X社製ミキサー(市販調理家電);外観:図7中央を参照)を用いて、2分間撹拌混合した。
各装置の容量を考慮して、本発明に係る液体混合装置Aのためには、99gの精製水に1gの各成分を添加して100gの配合物を調製し、従来の液体混合装置Bのためには、495gの精製水に5gの各成分を添加して500gの配合物を調製した。
撹拌混合直後、いずれの配合物も全体が白濁し、均一にエマルジョンが分散したことが確認された。撹拌混合から10日間後、配合物により、白濁状態に違いが生じた。本発明に係る液体混合装置Aを用いて調製したエマルジョンは、配合1~3のいずれも全体の白濁が維持されていた。一方、従来の液体混合装置Bを用いて調製したエマルジョンは、配合1では全体の白濁が維持されたが、配合2ではほぼ白濁が解消され、配合3では底部から約20%の高さまで白濁が解消されていた(図8)。
マイクロスコープによる観察から、液体混合装置Bを用いた場合、非常に不均質なエマルジョンしか得られず、一方、液体混合装置Aを用いた場合、均質なエマルジョンが得られることが確認された(図9)。
粒度分布測定から、液体混合装置Bを用いた場合、二峰分布が示され(図10、表1)、一方、液体混合装置Aを用いた場合、単峰分布が示されることが確認された(図11、表1)。
マイクロスコープによる観察から、液体混合装置Bを用いた場合、非常に不均質なエマルジョンしか得られず、一方、液体混合装置Aを用いた場合、均質なエマルジョンが得られることが確認された(図12)。
粒度分布測定から、液体混合装置Bを用いた場合、二峰分布が示され(図13、表1)、一方、液体混合装置Aを用いた場合、単峰分布が示されることが確認された(図14、表1)。
マイクロスコープによる観察から、液体混合装置Bを用いた場合、非常に不均質なエマルジョンしか得られず、一方、液体混合装置Aを用いた場合、均質なエマルジョンが得られることが確認された(図15)。
粒度分布測定から、液体混合装置Bを用いた場合、三峰分布が示され(図16、表1)、一方、液体混合装置Aを用いた場合、単峰分布が示されることが確認された(図17、表1)。
本発明に係る液体混合装置Aを用いれば、短時間で非常に均質なエマルジョンを得ることができる。
観察例1において、本発明に係る液体混合装置を用いる均質なエマルジョン調製を食品に応用して、その実力を確認した。
缶入りブラックコーヒー(サントリー食品インターナショナル株式会社製プレミアムボスブラック)に、パーム核油由来中鎖脂肪酸油(勝山ネクステージ株式会社製MCTオイル、カプリル酸(C8)60%、カプリン酸(C10)40%)を5.0重量%になるように添加して、本発明に係る液体混合装置A(株式会社OKUTEC製CLOSER Herbal;外観:図7左、構成:図1~6を参照)および従来の液体混合装置C(Y株式会社製ミルク泡立て器(市販調理家電);外観:図7右を参照)を用いて、それぞれ1分間撹拌混合した。
各装置の容量を考慮して、95gのブラックコーヒーに5gのMCTオイルを添加して100gの配合物を調製した。
比較のため、配合物を入れた容器を手で震盪することによって1分間撹拌混合した。
MCTオイル無添加のブラックコーヒーの色は、「黒」であった。
手による震盪の場合、撹拌混合直後、MCTオイル添加ブラックコーヒーの色は黒であり、液面には非常に大量の油分が浮いていた(図18および19左)。また、24時間静置後も同じ状態であった(図20左)。このことから、手による震盪では全くエマルジョンが調製できないことが確認された。
従来の液体混合装置Cの場合、撹拌混合直後、MCTオイル添加ブラックコーヒーの色は鉄黒であり、液面には大量の油分が浮いていた(図18および19中央)。また、24時間静置後、鉄黒からMCTオイル無添加のブラックコーヒーと同様の黒に戻った(図20中央)。このことから、従来の液体混合装置Cでは、エマルジョンを調製できるが、不安定であることが確認された。
本発明に係る液体混合装置Aの場合、撹拌混合直後、MCTオイル添加ブラックコーヒーの色は朽葉色であり、液面には全く油分が浮いていなかった(図18および19右)。また、24時間静置後、容器の底部の色が黒に戻ってきたが、ほとんどの部分では煙草色になったが、液面に油分が浮くこともなかった(図20右)。このことから、本発明に係る液体混合装置Aでは、非常に安定なエマルジョンを調製できることが確認された。
本発明に係る液体混合装置Aを用いて、MCTオイル添加したドレッシング(評価品1)およびコーヒー(評価品2)を撹拌混合して得られた食品につき、官能評価資格者6名(株式会社ハウス食品分析テクノサービス)による味覚官能評価を、評価品1、評価品2の順で行った。
評価品1の調製:液体混合装置Aに、トマトジュース20cc、米酢20ccおよびオリーブオイル20ccを入れ、1分間撹拌混合した。
基準品1の調製:ガラス瓶に、トマトジュース20cc、米酢20ccおよびオリーブオイル20ccを入れ、手で1分間震盪した。
マイクロスコープにより観察したところ、基準品1と比較して、評価品1にはより細かく小さい油滴が存在した。この観察結果は、観察例1と整合している。
表2に示す評価基準に基づき、基準品1を0として、評価品1を7段階(-3~3)で相対評価した。味覚官能評価結果を表3および図21上に示す。
評価品1は基準品1に比べて、飲みやすく(美味しく)、まろやかさが強い特徴があった。また、甘味、旨味がやや強く、苦みがやや弱い特徴があった。
また、6名の官能評価資格者による個別のコメントは以下の通りである。
(a)評価品1は酸味が弱く、まろやかで野菜の甘味や旨味も強く感じられた。一方、基準品1は酸味が強すぎて飲みづらく、油分が分離していた。
(b)評価品1は酸味が弱まっているように感じたが、苦みは強く感じられた。なお、基準品1の方がトマト感を強く感じた。
(c)評価品1は乳化度合いが良く、酸味をストレートに感じないため、味がマイルドになった。
(d)評価品1は酢の感じ方がかなりまろやかになり、飲みやすかった。酸味が弱くなり、甘味や苦みが感じとりやすくなった。また、評価品1の方がオイルのベタついた感じがなくなっていた。
(e)評価品1はまろやかで甘味を感じ、刺すような酸味も抑えられ、飲みやすく感じた。また、評価品1の方が色も明るく、綺麗に見えた。
(f)評価品1は酸味が弱く、油っぽさを感じなかった。一方、基準品1は酸味を強く感じた。
評価品2の調製:液体混合装置Aに、ブラックコーヒー100ccおよびMCTオイル5ccを入れ、1分間撹拌混合した。
基準品2の調製:ガラス瓶に、ブラックコーヒー100ccおよびMCTオイル5ccを入れ、手で1分間震盪した。
マイクロスコープにより観察したところ、基準品2と比較して、評価品2にはより細かく小さい油滴が存在した。この観察結果は、観察例1と整合している。
表2に示す評価基準に基づき、基準品2を0として、評価品2を7段階(-3~3)で相対評価した。味覚官能評価結果を表3および図21下に示す。
評価品2は基準品2に比べて、飲みやすく(美味しく)、まろやかさが強い特徴があった。また、甘味、旨味がやや強く、苦みがやや弱い特徴があった。
また、6名の官能評価資格者による個別のコメントは以下の通りである。
(a)評価品2はミルク感が強く、まろやかでミルクのような甘味があり、苦みを感じにくかった。一方、基準品2は薄いコーヒーのように感じ、苦みを感じた。
(b)評価品2はミルク感があり、苦みなどがマスキングされているように感じた。また、評価品2の方が、口に味が残っている時間が長かった。
(c)評価品2は苦みが隠れマイルドになり、甘いフレーバーのようなものを感じた。なお、個人的には苦いコーヒーが好みなので、評価品2はミルク感があり、あまり好みではなかった。
(d)評価品2はオイル感が消えているので、基準品2より少し甘く感じた。また、評価品2はまろやかになって、ブラックコーヒーのような切れ味はなくなっており、カフェオレのような飲み口に変わったように感じた。
(e)評価品2は苦みがかなり抑えられているので飲みやすいが、コーヒー感が薄くなったと感じた。また、評価品2の方が少し油っぽい印象があった。
(f)評価品2は、基準品2とそれほど変わりはないように感じたが、少し渋み、苦みがあった。
ドレッシングおよびコーヒーのいずれも、基準品と比較して飲みやすさ(美味しさ)、まろやかさ、甘味および旨味の項目が上昇し、かつ、苦みの項目が下降した。
これらの結果から、本発明に係る液体混合装置Aを用いれば、MCTオイル添加食品を美味しく、かつ、簡便に作ることができることが確認された。
11:液体
12:容器
13:ポンプユニット
14:流路ブロック
15:ハウジング
16:ノズルブロック
20:中心軸
21:円筒壁
22:上端開口
23:下端開口
24:モータ
25:ケーシング
26:吸入口(吸引筒)
27:吐出口(吐出筒)
30:中心軸
31:上端面(第1の外面部分)
32:下端面(第2の外面部分)
33:外周円筒面
34:容器連結構造
35:ポンプ連結構造
36:第1の孔
37:第2の孔
38:上部孔部分
39:下部孔部分
40:内ねじ
41:第3の孔
42:第4の孔
43:連通路
44:中心軸
45:渦流形成流路(第2の旋回流路)
46:円筒部
47:半球状部
48:絞り部
49:逆テーパ部
50:下部領域
52:外ねじ
53:段部(小径部)
54:周方向流路(第1の旋回流路)
55:径方向流路(連絡流路)
56:上部ブロック部分
57:下部ブロック部分
Claims (3)
- 少なくとも2つの液体を混合する方法であって、
鉛直方向の軸(44)の周りに同心的に配置された内側円筒壁(53a)と外側円筒壁(37a)の間に形成され、第1の旋回流(101)を流通する第1の旋回流路(54)と、
前記内側円筒壁(53a)の内側に前記軸(44)を中心に形成された円筒壁(45a)に囲まれ、第2の旋回流(102)を流通する第2の旋回流路(45)と、
前記軸(44)から放射方向に延びる線と斜めに交差する方向に延在し、前記第1の旋回流路(54)の前記内側円筒壁(53a)および前記第2の旋回流路(45)の前記円筒壁(45a)を貫通して、前記第1の旋回流路(54)と前記第2の旋回流路(45)とを連通する少なくとも1つの連絡流路(55)と、
前記少なくとも2つの液体の混合液の供給流(42a)を流通する供給流路(42)と、
前記第1の旋回流路(54)の外側円筒壁(37a)に形成された連通路(43)と、
を備え、前記第2の旋回流路(45)は、下から上に向かって順番に形成された、一定の内径を有する円筒部(46)と、該円筒部(46)の上に隣接して形成された半球状部(47)と、半球状部(47)の上に隣接して形成された横断面の小さな絞り部(48)と、絞り部(48)の上に隣接して形成された上方に向けて広がる逆テーパ部(49)を有し、
前記連通路(43)は前記外側円筒壁(37a)の全高さ範囲に亘って形成され、前記供給流路(42)の部分が前記連通路(43)の全高さ範囲に亘って重なっている、装置を準備し、
前記供給流路(42)から前記連通路(43)を介して第1の旋回流路(54)に前記少なくとも2つの液体を含む混合液を流し、
前記第1の旋回流路(54)から前記少なくとも1つの連絡流路(55)を介して前記第2の旋回流路(45)に前記少なくとも2つの液体を含む混合液を流し、
前記第1の旋回流(101)の前記少なくとも2つの液体を含む混合液と前記外側円筒壁(37a)との接触により前記少なくとも2つの液体を含む混合液を一次せん断し、
次に、前記第2の旋回流(102)の前記少なくとも2つの液体を含む混合液と前記第2の円筒壁(45a)との接触により前記少なくとも2つの液体を含む混合液を二次せん断し、
次に、前記二次せん断された液体を前記絞り部(48)を通過させ、前記絞り部(48)から前記逆テーパ部(49)に噴射する、ことを特徴とする液体混合方法。 - 前記斜め方向が前記第2の円筒壁(45a)の接線方向である、ことを特徴とする請求項1に記載の液体混合方法。
- 前記少なくとも2つの液体は、水と油を含むことを特徴とする請求項1又は2のいずれか一つに記載の液体混合方法。
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